阅读说明：本技术 多路复用器和包括多路复用器的前端模块 (Multiplexer and front-end module comprising a multiplexer ) 是由 R·海贾纳 于 2019-02-07 设计创作，主要内容包括：提出了一种在发射侧具有良好的隔离特性和经补偿的频率特性的多路复用器电路。该多路复用器电路具有接收滤波器陷波电路(RFNC),该RFNC在接收滤波器(RXF)的通带内的频率处活跃,并且该RFNC被耦合在输入端口与发射滤波器(TXF)之间。(A multiplexer circuit with good isolation characteristics and compensated frequency characteristics at the transmit side is proposed. The multiplexer circuit has a Receive Filter Notch Circuit (RFNC) that is active at frequencies within the passband of the receive filter (RXF) and that is coupled between the input port and the transmit filter (TXF).)

多路复用器和包括多路复用器的前端模块

技术领域

本发明涉及可以在移动通信系统中使用的多路复用器，并且涉及包括这样的多路复用器的前端模块。

背景技术

在移动通信设备中，不同参与者之间的通信通过交换RF信号来进行。前端是对应通信设备的如下部分，该部分从通信设备的外部电路环境接收要发射的信号，并且将所接收的信号提交给通信设备的外部电路环境。为此，发射信号在发射信号路径中传播，并且接收信号在接收信号路径中传播。为了防止发射信号破坏接收信号，必须将对应信号路径彼此隔离，并且传递函数的矩阵元素S2₂₁是对这种隔离的度量。

此外，从功率放大器接收发射信号，并且接收信号被提交给低噪声放大器。通常，功率放大器的输出端口具有非常低的阻抗，而发射信号路径内的其他电路部件具有标准阻抗，诸如25Ω、50Ω、100Ω或200Ω。因此，额外需要的是将功率放大器的输出阻抗与例如发射信号路径中的发射滤波器的输入阻抗相匹配的阻抗匹配网络。

但是，通常功率放大器的输出阻抗、阻抗匹配电路的输入阻抗、阻抗匹配电路的输出阻抗以及发射滤波器的输入端口具有频率依赖性，频率依赖性的补偿进一步增加了前端模块的复杂度。

此外，小型化趋势要求部件较小，这使得维持一定程度的隔离变得困难。此外，尤其是在低频下，需要用于阻抗补偿的大电容值。但是，在小型化的前端模块中较难建立大电容值。

因此，需要一种与小型化趋势兼容的多路复用器，该多路复用器可以以节省成本的方式制造，并且允许处理移动通信系统中的频率依赖性，并且提供良好的隔离度。

发明内容

为此，提供了根据独立权利要求的多路复用器电路和包括多路复用器电路的前端模块。从属权利要求提供了优选实施例。

多路复用器电路包括输入端口、公共端口、输出端口和信号线。信号线布置在输入端口与公共端口之间。此外，多路复用器电路包括在输入端口与公共端口之间的发射滤波器、以及耦合到输出端口的接收滤波器。此外，多路复用器电路包括耦合在输入端口与发射滤波器之间的接收滤波器陷波电路。接收滤波器具有通带。接收滤波器陷波电路在接收滤波器的通带内的频率处活跃。

提供输入端口以从外部电路环境(例如，多路复用器电路可以是其一部分的移动通信设备的功率放大器)接收RF信号。输出端口是被提供用于将所接收的RF信号提交给外部电路环境的端口。公共端口可以是如下的端口，在该端口处可以建立天线连接。此外，公共端口可以是如下的端口，在该端口处多路复用器电路电连接到其他电路元件，例如，移动通信设备的其他多路复用器电路。输入端口与公共端口之间的信号线被提供以将RF信号从输入端口传导到公共端口。发射滤波器被提供以将发射信号提交给公共端口并且过滤其他频率分量，即，去除公共端口处的不需要的其他频率分量。接收滤波器被提供以主要针对不应当在输出端口处被接收的每个频率分量来隔离输出端口与公共端口。接收滤波器是用于建立一定隔离度的一个重要电路元件。

耦合在输入端口与发射滤波器之间的接收滤波器陷波电路是有助于保持一定隔离度的第二重要电路元件。

本发明的多路复用器电路的特殊之处在于，在发射滤波器之前布置有在接收滤波器的通带内的频率处活跃的电路部件，即，接收滤波器陷波电路。这样的配置允许以优雅的方式通过单个部件来满足不同的要求：接收滤波器陷波电路改善了发射信号路径与接收信号路径之间的隔离，并且同时帮助处理发射信号路径中的电路部件的频率依赖性。特别是对于较低RF频率，需要特殊的电路部件来处理不想要的频率依赖性。在本发明的上下文中，已经认识到，将对应电路部件从多路复用器的接收侧信号路径移动到发射侧不会增加所需要的电路部件的总数，并且不会增加前端模块内所需要的空间或体积，但同时允许保持良好的隔离度并且减小频率依赖性。

为此，接收滤波器陷波电路可以在对应频率范围(即，接收滤波器的工作频率范围)内在发射信号路径的传递函数中提供陷波。

应当注意，发射滤波器和接收滤波器不一定是双工器的两个滤波器。发射滤波器和接收滤波器可以是双工器的两个滤波器。但是，多路复用器也可以是较高度数的多路复用器，例如，三工器、四工器等，并且接收滤波器的通带直接或间接地与发射滤波器的工作频率相关联。

因此，可以基于以下思想提供具有改善的特性的多路复用器电路：当在匹配网络的输出处需要电容元件时，可以将该电容元件替换为滤波器的输入处的电容元件，并且然后，该替换电容元件实际上在频带(例如，RX频带)中建立陷波。

接收滤波器可以包括电容性元件。

如上所述，特别是在低频下，在发射信号路径内可能会需要大电容值。

接收滤波器陷波电路的电容元件可以将信号路径(即，发射信号路径)电连接到接地。

因此，接收滤波器陷波电路的电容性元件可以针对不应当从多路复用器电路的输出端口提交给对应外部电路环境的频率分量建立到接地的分流路径(shunt path)。

接收滤波器陷波电路可以被提供以在传递函数S₂₁中产生陷波。

传递函数的矩阵元素S₂₁表示相对于在输入端口处接收的功率在输出端口处提交的在给定频率处的功率量。

在这种情况下，传递函数中的陷波表示位于相对较窄频率范围内的RF功率的显著降低。

多路复用器可以是双工器。然而，多路复用器可以是较高度数的多路复用器。在多路复用器是双工器的情况下，发射滤波器和接收滤波器建立双工器的滤波器。在多路复用器是较高度数的多路复用器的情况下，多路复用器包括至少一个附加的接收滤波器。在这种情况下，一侧的接收滤波器或另一侧的发射滤波器可以建立双工器的滤波器。

多路复用器的度数不受限制。多路复用器可以是第二度的多路复用器(双工器)、第三度的多路复用器、第四度的多路复用器(四工器)，等等。

接收滤波器陷波电路可以改善载波聚合系统中的接收交叉隔离。

在这样的配置中，接收滤波器不与发射滤波器直接相关联，使得接收滤波器和发射滤波器形成双工器。但是，双工器可以具有相关联的接收滤波器，并且接收滤波器可以具有相关联的发射滤波器，并且可以得到四工器。对应地，载波聚合系统中的术语“交叉隔离”表示相对于相应的“其他”双工器的接收滤波器频率范围的隔离得到改善。

公知的术语“载波聚合”表示可以同时发射和/或接收不同发射信号或不同接收信号的系统。

因此，优选的是，接收滤波器的上述通带是两个接收滤波器的较低的通带。

多路复用器还可以包括在输入端口与发射滤波器之间的阻抗匹配电路。

阻抗匹配电路被提供以将功率放大器的相对较低的输出阻抗与发射滤波器的输入阻抗相匹配。阻抗匹配电路可以提供自适应阻抗匹配。为此，阻抗匹配电路可以包括可变阻抗的阻抗元件。特别地，优选的是具有可变电容的电容性元件。

多路复用器还可以包括连接到输入端口的功率放大器。附加地或备选地，多路复用器可以具有连接到输出端口的低噪声放大器。

如前所述，多路复用器可以是前端模块的一部分。因此，前端模块可以包括对应的多路复用器、功率放大器和可选的低噪声放大器。多路复用器的电路元件和功率放大器的电路元件被组合在单个部件中。

如前所述，四工器或较高度数的多路复用器也是可能的。可以进行进一步的改进以尽可能地减小根据频率依赖性的阻抗变化。然后，可以减小对应滤波器的传递函数的变化。特别是关于引起不期望的纹波的信号路径中的功率反射，以下是可能的。

可以关于发射滤波器进行阻抗优化，使得阻抗匹配电路的输入阻抗尽可能地接近负载光阻抗(load light impedance)，即，接近信号线的本征阻抗。因此，考虑到信号线本身的特定特性，还可以进一步优化滤波器的电特性。可以在对应的RF滤波器的输入侧执行对信号线的频率依赖性、功率依赖性或放大器增益依赖性的变化的补偿。

此外，发射滤波器的输入侧可以被提供以使得可以改变发射滤波器的输入阻抗，使得由在滤波器之前的电路元件的频率或功率依赖性引起的不同增益可以被补偿。这可以通过使滤波器阻抗(在史密斯圆图上)位于恒定增益线上以使得频率变化不会改变特定电路节点处的增益来实现。

减小通带纹波的另一种可行方案是在共轭阻抗周围提供与恒定增益的圆线的较小偏差，以补偿所期望的频带中的滤波器传输中的小误差。

可以优化滤波器结构。滤波器结构的优化可以是在滤波器表现出最大功耗的频率处提高滤波器的输入阻抗。

SAW滤波器(双工器)具有对于蜂窝频带的最大可允许功率水平。通常在较小的串联元件中，当在频带高侧的功率过大时，通常会出现双工器中的缺陷。最大功率在很大程度上取决于所使用的电源和双工器阻抗。提出了偏离所期望的双工器阻抗以在整个系统中实现不同的最大功率。输入阻抗不应当在相应滤波器接收太多功率并且超过最大功率水平的频率处进行。

在一些锯齿滤波器(双工器)中，期望抑制接近TX频带的频带。根据一个实施例，滤波器输入阻抗的适当设置被用于增加在相邻信道中的抑制。目的是在整个系统的帮助下在所期望的频带中获得更多增益，并且对于不期望有的频带获得较少增益。这可以通过有意地在待被抑制的频带的频率处产生功率放大器PA与PA匹配电路的失配来实现。由此，可以最大程度地抑制不期望有的频带。实际上，这意味着必须针对给定系统优化滤波器。可以将针对不期望有的频带的反射S11设置为滤波器优化例程的新目标。

在PAMiD模块中，对于谐波的总增益由滤波器的输入阻抗和PA匹配电路的输出阻抗确定。根据一个实施例，目的不是降低该增益，而是将最大增益从不期望的位置移动到不重要的位置。通过调节PA匹配网络或TX输入阻抗，可以得到出现最大增益的不同的频率。因此，可以将最大增益的频率移动到无关紧要并且不会出现相邻信道或谐波的位置。通过这样做，在这些通道中产生较少的增益，并且可以改善其抑制。

提出了四种方法来将该增益峰值移动到损害最有限的点。

1)通过选择稍稍不同的内部阻抗，可以将PA匹配的输出阻抗稍微提高一点。

2)PA或PA匹配与滤波器之间的互连的线长度使PA匹配的输出阻抗旋转。从而可以移动增益峰值。

3)滤波器在高频下的输入阻抗是电容性的，这意味着第一滤波器元件的尺寸在很大程度上决定了TX滤波器的输入阻抗。因此，通过改变第一滤波器元件(优选是串联元件)的尺寸，可以改变输入阻抗。

4)滤波器元件的第一元件可以是串联或分流元件。对适当种类的第一滤波器元件的选择可以用于在很大程度上确定TX滤波器的输入阻抗。

在实践中，这意味着需要适当地选择并权衡所有四种移动的可行方案，以实现朝向所期望的目标的适当平衡。

在由PA、PA匹配和TX滤波器(例如，SAW双工器)组成的例如蜂窝通信系统的移动通信系统中，应当针对每个频带将负载线调谐到正确的阻抗。为此，可以打开或关闭并联电路电容。在PAMiD前端模块中，在一些地方使用了电容，而在另一些地方则已经存在太多电容。根据一个实施例，公开了一种方法，该方法还使用这些附加电容来在RX频带中进行更多隔离。附加的输入电容被替换为附加的RX陷波元件，该RX陷波元件在TX频带中具有正确的电容值，因此，解决了两个问题。代替在匹配电路中放置用于使功率放大器与Tx滤波器相匹配所需要的电容，提出将电容放置在与信号线平行的Tx滤波器的输入处(朝向PA)。可以选择这些电容的电容值以补偿匹配电路的频率依赖性。同时，该电容可以用于产生附加陷波以改善对不想要的频率的抑制。

陷波不必限于其自己的RX频带。陷波可以用于任何频率。在载波聚合解决方案中，陷波可以用于RX交叉隔离。

附图说明

通过附图呈现并进一步解释了本发明的多路复用器的主要方面和优选实施例的细节。

在附图中：

图1示出了多路复用器的基本构思。

图2以双工器的形式示出了一个示例。

图3示出了将类梯形(ladder-type-like)配置用于发射和接收滤波器。

图4至图6示出了在公共端口处的其它匹配元件的可行方案。

图7示出了电容元件在接收滤波器陷波电路中的使用。

图8示出了四工器。

图9示出了阻抗匹配电路的使用。

图10示出了到功率放大器的连接。

图11示出了串联元件和并联元件的效果。

图12以TX通带的放大图示出了常规的附加并联元件的效果。

图13示出了具有常规的附加并联元件的通带频率的放大图。

图14示出了如上所述的多路复用器的传输特性。

图15示出了通带频率的放大图。

具体实施方式

图1示出了多路复用器电路MC的基本配置。多路复用器电路MC具有输入端口IN、公共端口CP和输出端口OUT。输入端口IN被提供以接收应当被发射的RF信号以及应当从外部电路环境接收的RF信号。输出端口OUT被提供以将所接收的RF信号提交给对应的移动通信设备的外部电路环境。公共端口CP是如下的端口，经由该端口发射发射信号和接收接收信号。为此，公共端口CP可以连接到天线AN，例如，经由天线端口(未示出)。信号路径将输入端口IN电连接到公共端口CP。在信号路径中，连接有发射滤波器TXF。在输入端口IN与发射滤波器TXF之间，布置有接收滤波器陷波电路RFNC。已经认识到，从接收滤波器RXF获取对应电路并且将该电路放置在发射滤波器TXF之前可以允许维持良好的隔离度，同时使得对发射信号路径中的频率依赖性的处理变得容易。对应电路元件从接收滤波器RXF到发射信号侧的平移使电路元件的总数保持恒定，并且从而保持与小型化趋势的兼容性。

应当注意，接收滤波器RXF并不一定是与发射滤波器TXF相结合来建立双工器的接收滤波器。接收滤波器RXF可以是较高度数的多路复用器的另一接收滤波器。因此，接收滤波器具有其自己的输入端口IN2，经由该输入端口接收接收信号。

通过从接收滤波器RXF中的来源(origin)O中去除对应的电路部件，简化了接收滤波器RXF的设计。

图2示出了建立双工器的可行方案：发射滤波器TXF和接收滤波器RXF建立多路复用器电路MC的两个RF滤波器，该多路复用器电路MC被实现为双工器。

此外，接收滤波器陷波电路RFNC可以布置在发射滤波器TXF之前，并且电连接在信号路径之间的如下的分流路径中，该分流路径在一侧连接到输入端口IN并且在另一侧连接到接地。

图3示出了用于发射滤波器TXF和接收滤波器RXF的、利用类梯形结构的可行方案。类梯形滤波器包括串联元件，诸如以串联方式电连接在信号路径SP中的串联谐振器SR。在信号路径与接地之间的分流路径中布置有并联谐振器PR。

这种类梯形配置可以用于建立带通滤波器或带阻滤波器。在发射滤波器和接收滤波器的情况下，优选地使用带通滤波器。

然而，接收滤波器陷波电路可以被实现为在信号路径SP与接地之间具有其自己的类梯形配置的带阻滤波器。

串联谐振器和并联谐振器可以是利用声波工作的电声谐振器。谐振器可以是SAW谐振器(SAW＝表面声波)、BAW谐振器(BAW＝体声波)、GBAW谐振器(GBAW＝引导体声波)和/或TFSAW谐振器(TF＝薄膜)。

在电声谐振器中，与压电材料相结合的电极结构在RF信号与声波之间转换。利用声镜结构将声能限制在谐振器区域。

图4示出了使用布置在发射滤波器TXF的输出端口与公共端口CP之间的匹配元件ME。作为备选方案(比较图5)，可以在接收滤波器RXF的输入端口与公共端口之间布置匹配元件ME。

图6示出了在发射滤波器TXF的输出端口与公共端口CP之间以及在公共端口CP与接收滤波器RXF的输入端口之间提供匹配元件ME的可行方案。

图4至图6所示的匹配元件可以用于将发射滤波器对于对应频率范围的输出阻抗与接收滤波器的输入阻抗相匹配。特别地，对于发射频率，在接收滤波器的输入端口处需要高输入阻抗，而对于接收频率，在接收滤波器的输入端口处需要所期望的特定阻抗，例如，25欧姆、5欧姆、100欧姆或200欧姆。对应地，在发射滤波器的输出端口处的阻抗对于接收频率应当是开路阻抗，并且对于发射频率应当是匹配到25欧姆、50欧姆、100欧姆或200欧姆的阻抗。

这通过选择匹配元件ME的电容和电感元件的电容和电感值来实现，这些电容和电感值产生滤波器的所需要的电解耦。

图7示出了使用电容元件作为接收滤波器陷波电路RFNC的基本元件的可行方案。可以选择电容元件的电容使得能够在对应接收信号路径的对应频率范围中得到所想要的陷波。

图8示出了将多路复用器电路实现为四工器的可行方案。除了发射滤波器TXF和接收滤波器RXF之外，还提供了附加的发射滤波器TXF2和附加的接收滤波器RXF2。接收滤波器陷波电路RFNC的电路元件的来源并不一定在与发射滤波器TXF直接相关联的接收滤波器中。在图8所示的配置中，接收滤波器陷波电路RFNC的电路元件的来源O来自与第二发射滤波器TXF2相关联的接收滤波器RXF。在这种配置中，接收滤波器陷波电路可以用于RX交叉隔离，例如，在载波聚合系统中。

图9示出了在输入端口与发射滤波器TXF之间、特别是在输入端口IN与接收滤波器陷波电路RFNC之间具有阻抗匹配电路IMC的可行方案。

图10示出了使阻抗匹配电路和/或发射滤波器从功率放大器PA接收RF信号的另外的可行方案。

附加地或备选地，可以在接收信号路径中提供低噪声放大器LNA。

图11示出了用于建立例如梯形配置的带通滤波器的分流元件和串联元件的相关性。分流元件(例如，将信号路径电连接到接地的分流谐振器)在较低频率处产生陷波。串联元件(例如，类梯形配置的串联谐振器)会在较高频率处产生陷波。如果在类梯形配置中将分流元件与串联元件组合，则分流元件和串联元件的组合效果会产生所示出的通带形式的传输特性。

当需要其他频率要求时(例如，在发射频带附近存在接收频带RX)，则需要额外的措施。在这种情况下，可以使用附加的分流元件来产生附加的陷波。在图12中(以及在图13的放大图中)，示出了隔离被改善。然而，在发射频带中，得到不期望有的附加衰减以及通带纹波(虚线示出了布置在双工器的接收侧处的附加陷波元件的效果)。

相反，图14和图15(放大图)示出了所提出的多路复用器电路拓扑的传输特性。可以看出，在图14中，隔离在发射频带以上的频率范围内得到了改善，而发射频带的形状保持不变(比较图15)。

多路复用器电路和前端模块不限于所示实施例。多路复用器电路可以包括其他电路元件和/或其他信号路径。前端模块可以包括集成在前端模块中的其他电路部件。

附图标记清单

AN：天线

CE：电容元件

CP：公共端口

IN：输入端口

IN2：接收滤波器RXF的输入端口

IN3：第三输入端口

LNA：低噪声放大器

MC：多路复用器电路

ME：匹配元件

O：接收滤波器陷波电路的电路元件的来源

OUT：输出端口

OUT2：第二输出端口

PA：功率放大器

PR：并联谐振器

RFNC：接收滤波器陷波电路

SR：串联谐振器

TXF：发射滤波器